Thomas Dalton
0 
2185
334
Een miljard bewerkingen per seconde is niet cool. Weet wat cool is? Een miljoen miljard operaties per seconde.
Dat is de belofte van een nieuwe computertechniek die laserlichtpulsen gebruikt om een prototype te maken van de fundamentele rekeneenheid, een bit genaamd, die zou kunnen schakelen tussen de aan en uit, of '1' en '0' toestanden, 1 biljard keer per seconde. Dat is ongeveer 1 miljoen keer sneller dan de bits in moderne computers.
Conventionele computers (alles van uw rekenmachine tot de smartphone of laptop die u gebruikt om dit te lezen) denken in termen van 1'en en 0'en. Alles wat ze doen, van het oplossen van wiskundige problemen tot het weergeven van de wereld van een videogame, komt neer op een zeer uitgebreide verzameling van 1 of 0, ja of nee bewerkingen. En een typische computer anno 2018 kan siliciumbits gebruiken om ongeveer 1 miljard van die bewerkingen per seconde uit te voeren. [Wetenschappelijk feit of fictie? De plausibiliteit van 10 Sci-Fi-concepten]
In dit experiment pulseerden de onderzoekers infrarood laserlicht op honingraatvormige roosters van wolfraam en selenium, waardoor de siliciumchip kon overschakelen van "1" naar "0" -toestanden, net als een normale computerprocessor - slechts een miljoen keer sneller, volgens de studie, die op 2 mei in Nature werd gepubliceerd.
Dat is een truc van hoe elektronen zich gedragen in dat honingraatrooster.
In de meeste moleculen kunnen de elektronen in een baan om hen heen in verschillende kwantumtoestanden of "pseudospins" springen wanneer ze opgewonden raken. Een goede manier om je deze toestanden voor te stellen, is als verschillende, doorlopende racetracks rond het molecuul zelf. (Onderzoekers noemen deze sporen 'valleien' en de manipulatie van deze spins 'valleytronics'.)
Als het niet wordt aangesproken, kan het elektron dicht bij het molecuul blijven en in luie cirkels draaien. Maar prikkel dat elektron, misschien met een lichtflits, en het zal wat energie moeten verbranden op een van de buitenste sporen.
Het wolfraam-seleniumrooster heeft slechts twee sporen eromheen waar opgewonden elektronen binnen kunnen komen. Flits het rooster met één oriëntatie van infrarood licht, en het elektron springt op het eerste spoor. Flits het met een andere oriëntatie van infrarood licht en het elektron springt op het andere spoor. Een computer zou die sporen in theorie kunnen behandelen als enen en nullen. Als er een elektron op spoor 1 zit, is dat een 1. Als het op spoor 0 is, is dat een 0.
Cruciaal is dat die sporen (of valleien) een beetje dicht bij elkaar liggen, en de elektronen hoeven er niet lang overheen te lopen voordat ze energie verliezen. Pulseer het rooster met infrarood licht type één, en een elektron zal op spoor 1 springen, maar het zal het slechts "een paar femtoseconden" rondcirkelen, volgens de krant, voordat het terugkeert naar zijn niet-aangehaalde toestand in de orbitalen dichter bij de kern. Een femtoseconde is een duizend miljoen miljoenste van een seconde, zelfs niet lang genoeg om een lichtstraal door een enkele rode bloedcel te laten gaan.
De elektronen blijven dus niet lang op het spoor, maar als ze eenmaal op een spoor zijn, zullen extra lichtpulsen ze heen en weer slaan tussen de twee sporen voordat ze de kans krijgen om terug te vallen in een niet-opgewonden toestand. Dat heen en weer gedrang, 1-0-0-1-0-1-1-0-0-0-1 - keer op keer in ongelooflijk snelle flitsen - is het spul van de computer. Maar in dit soort materiaal, lieten de onderzoekers zien, kan het veel sneller gebeuren dan in hedendaagse chips.
De onderzoekers wezen ook op de mogelijkheid dat hun rooster kan worden gebruikt voor quantum computing bij kamertemperatuur. Dat is een soort heilige graal voor kwantumcomputers, aangezien de meeste bestaande kwantumcomputers onderzoekers verplichten om hun kwantumbits eerst af te koelen tot bijna het absolute nulpunt, de koudst mogelijke temperatuur. De onderzoekers toonden aan dat het theoretisch mogelijk is om de elektronen in dit rooster te exciteren tot 'superposities' van de 1 en 0 sporen - of dubbelzinnige toestanden van een soort van wazig zijn op beide sporen tegelijkertijd - die nodig zijn voor quantum computing-berekeningen.
"Op de lange termijn zien we een realistische kans om kwantuminformatieapparaten te introduceren die bewerkingen sneller uitvoeren dan een enkele oscillatie van een lichtgolf", zegt hoofdauteur Rupert Huber, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Regensburg in Duitsland, in een verklaring. . De onderzoekers hebben op deze manier echter geen kwantumbewerkingen uitgevoerd, dus het idee van een kwantumcomputer op kamertemperatuur is nog steeds volledig theoretisch. En in feite waren de klassieke (reguliere) bewerkingen die de onderzoekers op hun rooster uitvoerden gewoon zinloos, heen en weer, 1-en-0-schakeling. Het rooster is nog steeds niet gebruikt om iets te berekenen. Onderzoekers moeten dus nog aantonen dat het bruikbaar is in een praktische computer.
Toch zou het experiment de deur kunnen openen naar ultrasnelle conventionele computers - en misschien zelfs kwantumcomputers - in situaties die tot nu toe onmogelijk waren.